沼气 大中型沼气工程设计 促使沼气中的水蒸气与沼气分离，水滴沿内壁向下流动，积存于装置底部并定期排除。这种凝水器分为人工手动和自动排水两种。
沼气中水分宜采用重力法脱硫，采用重力法时，沼气气水分离器空塔流速宜为0.21～0.23m/s。对日产气量大于10000m3的沼气工程，可采用冷分离法、固体吸附法、溶剂吸收法等脱水工艺处理。沼气气水分离器按以下原则设计：
①进入分离器的沼气量应按平均日产气量计算； ②分离器内的沼气供应压力应大于2000Pa； ③分离器的压力损失应小于100Pa；
④沼气气水分离器的入口管内流速宜为15m/s，沼气出口管内流速宜为10m/s； ⑤沼气进口管应设置在筒体的切线方向；沼气气水分离器下部应设有积液包和排污管；
⑥沼气气水分离器内宜装入填料，填料可选用不锈钢丝网，紫铜丝网，聚乙烯丝网，聚四氟乙烯丝网或陶瓷拉西环等；
⑦沼气管道的最低点必须设置沼气凝水器，定期或自动排放管道中的冷凝水。沼气凝水器直径宜为进气管的3.0～5.0倍，高度宜为直径的1.5～2.0倍。
3.沼气脱硫
（1）沼气成分的生理特性
可以从生理效应来分析沼气成分对人或牲畜的危害程度。生理反应是指一定量(浓度)的气体，在一定的时间内，对人（或重68kg的动物）所产生的生理反应。对于体重轻的动物反应较快，重的动物则反应较慢。
国家标准卫生标准规定：H2S气体含量在居民区的空气中不得超过0.00001mg/L；在工厂车间不得超过0.01mg/L；在城市煤气中不得超过0.02mg/L。因为当H2S含量达1.2～2.8mg/L时，可使人立即致死；在0.6mg/L时，在0.5～1h内致人死亡。
沼气中各种成分的生理特性见下表。由表中可见，其中大多数仅是一些窒息性气体，而H2S气体是有毒性的。从各种处理厂沼气中H2S的含量来看，按如下顺序排列：
粪便处理厂沼气中含有7.56～7.59mg/L； 屠宰场沼气中含有1.7～1.96mg/L； 畜禽厂沼气中含量有1.22～1.79mg/L； Copyright ? 2005-2008 中国生物能源网 Email：bec@bioenergy.cn 10 沼气 大中型沼气工程设计 酒厂沼气中含有0.96～1.15mg/L。 对于制酒行业，要注意在制酒发酵过程中是否添加了硫酸铵。有的由于添了大量的硫酸铵，使沼气中H2S的含量高达11.38g/m3之多，其含量比不添加之前增长11倍之多。上述说明必须设法除去沼气中的H2S有毒气体，以达到国家标准的要求。
沼气成分的生理特性
气体成分
浓度/（mg/L）
0.5 0.02 0.03
暴露时间/h
- - - - 0.5 0.5 数小时 1 0.5 -
人的生理反应 窒息、头痛、非中毒
安全 气喘 昏昏欲睡、头痛 呼吸困难、窒息 可能致命 刺激眼 头痛、眩晕 恶心、兴奋、失眠 失去知觉、致死
CH4
CO
0.04 0.06 0.3 0.001
H2S
0.002 0.005 0.01
H2S气体腐蚀性很强。有过量空气时，H2S可燃烧生成SO2，在有水蒸气的环境
中，就变成硫酸（H2SO4），具有强烈腐蚀性。在不同的浓度下，硫酸的露点在90～160℃之间。硫酸接触到金属（特别有色金属）就会使其受到腐蚀（例如沼气发动机的轴承和一些配合表面），也会使发动机的润滑油变质，从而加快发动机磨损。
（2）大中型沼气工程脱硫的特点
①沼气中硫化氢的浓度受发酵原料或发酵工艺的影响很大，原料不同则沼气中硫化氢含量变化也很大，一般在0.5～14g/m3，其中以糖蜜、酒精废水发酵后，沼气中的硫化氢含量为最高。
②沼气中的二氧化碳含量一般在35%～40%，而人工煤气中的二氧化碳只占总量的2%，由于二氧化碳为酸性气体，它的存在对脱硫不利。
③一般沼气工程的规模较小，产气压力较低，因此在选择脱硫方法时，应尽量便于Copyright ? 2005-2008 中国生物能源网 Email：bec@bioenergy.cn 11 沼气 大中型沼气工程设计 日常运行管理。所以在现有的大中型沼气工程中，多采用以氧化铁为脱硫剂的干法脱硫，很少采用湿法脱硫。但近年来某些工程也开始试用生物法脱硫。
（3）氧化铁法脱硫
干法脱硫中最为常见的方法为氧化铁脱硫法。它是在常温下沼气通过脱硫剂床层，沼气中的H2S与活性氧化铁接触，生成硫化铁和硫化亚铁，然后含有硫化物的脱硫剂与空气中的氧接触，当有水存在时，铁的硫化物又转化为氧化铁和单体硫。这种脱硫再生过程可循环进行多次，直至氧化铁脱硫剂表面的大部分孔隙被硫或其他杂质覆盖而失去活性为止。一旦脱硫剂失去活性，则需要将脱硫剂从塔内卸出，摊晒在空地上，然后均匀地在脱硫剂上喷洒少量稀氨水，利用空气中的氧，进行自然再生。
干法脱硫装置宜设置两套，一备一用。
脱硫罐（塔）体床层应根据脱硫量设计为单床层、双床层或多床层。沼气干法脱硫装置宜在地上架空布置，在寒冷地区脱硫装置应设在室内，在南方地区可设置在室外，脱硫剂的反应温度应控制在生产厂家提供的最佳温度范围内，一般当沼气温度低于10℃时，脱硫塔应有保温防冻和增温措施，当沼气温度大于35℃时，应对沼气进行降温。脱硫装置进出气管可采用上进下出或下进上出方式。脱硫装置底部应设置排污阀门和沼气安全泄压等设备。
大型沼气干法脱硫装置，应设置机械设备装卸脱硫剂。氧化铁脱硫剂的更换时间应根据脱硫剂的活性和装填量、沼气中硫化氢含量和沼气处理量来确定。脱硫剂宜在空气中再生，再生温度宜控制在70℃以下，利用碱液或氨水将pH调整为8～9，氧化铁法脱硫剂的用量不应小于下式的计算值：
V=
1673CS
fρ
式中 V——每小时1000m3沼气所需脱硫剂的容积，m3；
CS——气体中硫化氢含量，%；
f——脱硫剂中活性氧化铁含量，%；
ρ——脱硫剂的密度，t/m3。
沼气通过粉状脱硫剂的线速度宜控制在7～11mm/s；沼气通过颗粒状脱硫剂的线速度宜控制在20～25mm/s。 Copyright ? 2005-2008 中国生物能源网 Email：bec@bioenergy.cn 12 沼气 大中型沼气工程设计 氧化铁脱硫剂的装置高度按下列原则确定： ①颗粒状脱硫剂装填高度以1～1.4m为宜，当脱硫装置床层高度过高时，应采用分层装填，每层脱硫剂厚度以1m为宜；
②粉状脱硫剂宜采用分层装填，每层脱硫剂高度以300～500mm为宜。
脱硫塔内装有中央圆孔的吊筐。叠置起来的吊筐在净化塔中心形成的圆柱形沼气通道，如图一上箭头表示的方向。
沼气由塔底进入中心通道，并均匀分布进入各个吊筐中，通过脱硫剂层后进入吊筐与塔壁形成的空隙内，而由塔测壁排出。气体以正常的速度通过脱硫剂时，每米厚脱硫剂的阻力为125～255mmH2O。
沼气与脱硫剂接触时间，一般取50～300s。脱硫后沼气中含硫化氢量应降低到10～20mg/m3。脱硫器的直径D，一般按H/D=2～3选取，其他尺寸按图二标注尺寸关系计算。脱硫剂宜分层填装，要求再生或更换方便。
连续干法脱硫器，一般采用三个脱硫塔串联工作，如图三所示。颗粒状脱硫剂时相互转换使用，新鲜脱硫剂首先装入第3塔，然后由第3塔排出，经过活化萃取后，依次再装入第2塔和第1塔。
脱硫剂从第1塔排出，再采用过氯乙烯萃取脱硫剂中的硫元素，将处理过的脱硫剂转换到第2塔循环使用。装置中约80%的脱硫剂要经过萃取，各塔内脱硫剂经过活化、萃取、过筛后损失掉一部分，只能用新鲜脱硫剂来补充。
图一：塔式干法脱硫装置示意图
Copyright ? 2005-2008 中国生物能源网 Email：bec@bioenergy.cn 13 沼气 大中型沼气工程设计
图二：脱硫器尺寸 D-脱硫器直径；H-脱硫器工作高度
图三：连续干法脱硫
连续脱硫装置节约了脱硫的处理费用，并实现工艺过程的连续性。当脱硫器出口沼气中H2S含量超过使用要求指标时，即使脱硫剂中硫化铁含量未达30%，也应进行脱硫剂的再生。再生过程要控制好床层温度，一般为30～70℃，最高不能超过90℃。
对于吸附硫量较小的情况，一般采用空气再生，当床层温度升高过快时，则调节空气进气阀来控制温度。对于含硫量高的情况，则要采取强制通气再生。
再生过程所需时间取决于吸硫量的多少，吸硫量多，再生过程长；否则再生过程短。再生一般为2～3次。待床层温度不在上升，而进口和空气中的含氧量基本相等时，则表明再生过程结束。
（4）湿法脱硫 Copyright ? 2005-2008 中国生物能源网 Email：bec@bioenergy.cn 14
几种常用的大中型沼气工程设计
